Слайд 2
Обмен веществ включает
Поступление веществ в организм
Метаболизм или промежуточный
обмен
Выделение конечных продуктов
Слайд 4
Обмен веществ в организме
ПИЩЕВАРЕНИЕ
Глюкоза
Глицерол
Аминокислоты
Жирные кислоты
КАТАБОЛИЗМ АНАБОЛИЗМ
АДФ + Н3РО4
СО2 ; Н2О Гликоген
Мочевина Жиры
Белки
АТФ ДНК, РНК
ПИЩЕВЫЕ ВЕЩЕСТВА
(углеводы, жиры, белки)
Слайд 5
Метаболизм – представляет собой совокупность двух разнонаправленных процессов:
катаболизма и анаболизма
В процессе катаболизма сложные органические молекулы превращаются
в конечные продукты: СО2 и мочевину.
Анаболизм представляет собой совокупность реакций синтеза сложных полимеров
Слайд 6
Реакции катаболизма сопровождаются выделением энергии (экзергонические реакции). Использование
энергии происходит в реакциях анаболизма и при выполнении различных
видов работы (эндергонические реакции).
Слайд 7
Наиболее важными экзергоничскими реакциями метаболизма являются
реакции окисления органических веществ, в которых используется кислород и
образуется вода и СО2
Совокупность этих реакций называется тканевым дыханием.
Слайд 8
Биологическое окисление -совокупность окислительно-восстановительных реакций, протекающих во всех
живых клетках.
Основная функция биологического окисления – обеспечение организма
Е (энергией) в доступной для использования форме (прежде всего АТФ).
Слайд 9
Особенности процесса биологического окисления
Протекает постепенно, через многочисленные промежуточные
стадии;
Требует участия ферментов;
Происходит многократная передача протонов Н+ и электронов
ē или только ē от донора к акцептору;
Освобождение Е в живой клетке осуществляется постепенно;
Е может аккумулироваться в виде АТФ;
Основная реакция дегидрирования.
Слайд 10
Типы биологического окисления
анаэробное окисление (акцептором Н+ и ē
служит не О2, а другой субстрат «субстратное окисление»)
аэробное окисление
(акцептором Н+ и ē является О2 и образуется Н2О – называют «тканевое дыхание»)
Слайд 11
Окисление органических веществ в организме кислородом с образованием
Н2О и СО2 называется «тканевым дыханием»
SH2 + 1/2O2 S + H2O
АДФ + H3PO4 АТФ + H2O
энергия
Слайд 12
Первый этап тканевого дыхания – дегидрирование различных субстратов,
образующихся в реакциях катаболизма
Ферменты, отщепляющие водород от субстратов (дегидрогеназы),
находятся в основном в матриксе митохондрий.
Слайд 13
В зависимости от строения коферментов дегидрогеназы делятся на
две группы:
1. NAD – зависимые дегидрогеназы
2. FAD – зависимые
дегидрогеназы
Слайд 14
В NAD – зависимых дегидрогеназах NAD непрочно связан
с ферментом: в восстановленной форме (NADH) он отделяется от
апофермента и служит донором водорода для другого фермента
Слайд 15
В FAD – зависимых дегидрогеназах FAD ковалентно связан
с апоферментом, поэтому в реакциях, катализируемых FAD – зависимыми
дегидрогеназами, участвует второй субстрат (акцептор водорода). Для всех флавиновых ферментов этим субстратом служит убихинон (коэнзим Q).
Слайд 16
Перенос электронов на кислород происходит при участии системы
переносчиков локализованных во внутренней мембране митохондрий и образующих цепь
переноса электронов (ЦПЭ).
Слайд 17
В состав ЦПЭ входят:
NADH – дегидрогеназа (комплекс I)
сукцинатдегидрогеназа
(комплекс II)
QH2 – дегидрогеназа (комплекс III)
цитохромоксидаза (комплекс IV)
низкомолекулярные переносчики
(кофермент Q и цитохром С)
Слайд 19
Митохондриальная цепь переноса электронов.
Слайд 20
Структурная организация митохондриальной ЦПЭ
Слайд 21
Все компоненты ЦПЭ расположены в митохондриальной мембране в
порядке возрастания редокс потенциалов: самый высокий редокс потенциал у
кислорода. Это обеспечивает последовательное перемещение электронов от дегидрируемых субстратов на кислород, сопровождающееся освобождением части свободной энергии электронов.
Слайд 22
Окислительно-восстановительный потенциал (Е0) некоторых коферментов и компонентов ЦПЭ
Слайд 23
А – перенос электронов с субстратом NAD+-зависимой дегидрогеназы
Б
- перенос электронов с субстратом FAD-зависимой дегидрогеназы.
Слайд 24
Центральную роль в энергетическом обмене играет АТФ
Слайд 25
За сутки в организме образуется и распадается около
60 кг АТФ. Однако в клетке АТФ не накапливается,
а расходуется в течении 1 минуты, после образования, что требует ее непрерывно пополнения (АТФ – АДФ цикл)
Слайд 26
В зависимости от источника Е (энергии),
обеспечивающего присоединение Фн выделяют
два типа фосфорилирования АДФ
окислительное
субстратное
Слайд 27
Субстратное фосфорилирование АДФ
S-O~PO3H2
киназа S-OH
происходит за счет
энергии макроэргических связей некоторых соединений (1,3-бисфосфоглицерат, ФЕП, сукцинил-КоА, креатинфосфат)
АДФ
АТФ
Слайд 28
Особенности субстратного фосфорилирования
процесс может идти в матриксе митохондрий
и в цитоплазме;
не зависит от присутствия О2;
используется
реже, чем окислительное фосфорилирование.
Слайд 29
Синтез АТФ из АДФ и Н3РО4 за счет
энергии выделяющейся при тканевом дыхании, называется окислительным фосфорилированием.
Слайд 30
Окислительное фосфорилирование АДФ
Превращение АДФ в АТФ происходит с
использованием энергии переноса электронов от органических веществ к О2
Особенности:
энергию
дают ОВ реакции;
происходит в аэробных условиях;
участвуют ферменты ЦПЭ и АТФ-синтетаза;
протекает в митохондриях;
основной механизм синтеза АТФ в организме
Слайд 31
Механизм образования АТФ согласно хемиосмотической теории
Слайд 32
Перенос электронов с окисляемых субстратов на кислород (дыхание)
Перенос
протонов их матрикса митохондрий в межмембранное пространство и образование
трансмембранного электрохимического потенциала
Синтез АТР за счет потока протонов из межмембранного пространства в матрикс
Н3РО4
Н2О
Н3РО4
Н2О
ADP
ADP
ATP
ATP
Цитоплазма
Митохондрии
Трансформация энергии электронов в
макроэргические связи АТФ
Слайд 33
Этапы трансформации энергии
Энергия химических связей субстратов
Энергия электронов в
составе коферментов NADH и FADH
Энергия электронов, переносимых по ЦПЭ
на кислород
Энергия трансмембранного электрохимического потенциала
Энергия химических связей АТФ
Слайд 34
HADH
АТФ
- 51,4 кДж
АТФ
- 41,4 кДж
АТФ
-99,6 кДж
Q
с1
b
а
О2
Е0
Направление потока электронов
-0,4
-0,2
0
+0,2
+0,4
+0,6
+0,8
ФАД
Слайд 35
НАД-Н+ + ½О2 НАД+ + Н2О
3АДФ + 3Н3РО4 3АТФ
+ Н2О
ФАДН2 + ½О2 ФАД + Н2О
2АДФ + Н3РО4 2АТФ +
2Н2О
Р/О = 3
Р/О = 2
Слайд 36
Коэффициент окислительного фосфорилирования Р/О
Показывает, какое количество неорганического фосфата
затрачивается для фосфорилирования АДФ при использовании 1 атома кислорода
на образование 1 молекулы воды. Коэффициент окислительного фосфорилирования численно равен количеству молей АТФ, синтезированных в результате окислительной реакции.
Слайд 37
Дыхательный контроль
В норме скорость окисления первичных доноров протонов
(Н+) и электронов (ē) регулируется содержанием АДФ. Выполнение клеткой
работы с затратой АТФ приводит к накоплению АДФ, это активирует окисление субстратов (SH2) и поглощение кислорода митохондриями клетки. Таким образом клетки реагируют на интенсивность метаболизма поддерживают соотношение АТФ/АДФ на необходимом уровне. Зависимость интенсивности поглощения кислорода от концентрации АДФ называется дыхательным контролем.
Слайд 38
Распределение энергии, выделяемой ЦПЭ
~20%
~30%
40-50%
Слайд 39
Причины нарушения биологического окисления
Недостаток субстрата (голодание, пищеварение, межуточное
нарушение обменов белков, углеводов, липидов)
Недостаток О2 (сердечно-сосудистые заболевания, кровь,
легкие)
Недостаточная активность ферментов дыхательной цепи (генетические дефекты апоферментов, синтеза кофакторов, недостаток железа, гиповитаминоз)
Ингибиторы дыхания
Слайд 40
Ингибиторы ферментов ЦПЭ подавляют активность ферментных комплексов I,
III, и IV. Скорость восстановления коферментов NAD+ и FAD+
при этом снижается, что уменьшает скорость окислительных процессов, потребления кислорода и коэффициент Р/О:
ингибиторы NADH-дегидрогеназы – лекарственные препараты со снотворным действием – барбитураты (веронал, гексенал, нембутал, амитал); ротенон;
ингибиторы QH2-дегидрогеназы – антимицин А;
ингибиторы цитохром-с-оксидазы – цианиды (СN-), угарный газ (СО), сероводород (Н2S)
Ингибиторы АТФ-синтазы снижают активность фермента, скорость фосфорилирования АДФ и коэффициент Р/О – олигомицин.
Слайд 41
Разобщители окисления и фосфорилирования – липофильные протонофоры способны
легко проникать через липидный бислой и переносить протоны через
внутреннюю мембрану митохондрии в матрикс, минуя АТФ-синтазу. Скорость образования метаболической воды и дыхания не изменяется или даже возрастает, но сопряжение окисления и фосфорилирования АДФ при этом ослабевает, Р/О снижается. Энергия окисления рассеивается в виде тепла, что приводит к повышению температуры тела человека (пирогенное действие).
Экзогенные разобщители – 2,4-динитрофенол, дикумарол, стрептомицин;
Эндогенные разобщители – жирные кислоты, гормоны щитовидной железы (тироксин), желчный пигмент билирубин, белок термогенин.
Слайд 42
Ингибиторы дыхания
НАД ФАД Q
в с
а/а1 О2
цианиды
барбамил Актиномицин А
ротенон Пирицидил
H+
в жкт НСl + KCN KCl + HCN
CN- связывает Fe2+
Актиномицин А – противонрибковый антибиотик
Пирицидин – антибиотик
Барбамил – (снотворное, успокаивающее, противосудорожное)
Слайд 43
АДФ
АТФ
½ О2
½ О2 2-
v
bc1
III
aa1
IV
nH+
nH+
nH+
c
2 H+
H2O
Межмембранное
пространство
Внутренняя
мембрана
Матрикс
Слайд 44
Межмембранное
пространство
Внутренняя
мембрана
Матрикс
Схема ЦПЭ
Слайд 45
Причины нарушения окислительного фосфорилирования
При этом тканевое дыхание усиливается,
но идет рассеивание энергии в виде тепа – свободное
окисление.
Набухание митохондрий
Тиреотоксикоз
Жирные кислоты с длинной углеродной цепью
Нитрофенол
Антикоагулянты производные дикумарина
Ионофоры (некоторые антибиотики)
Ингибиторы